杨长露 徐行方

(同济大学交通运输工程学院,201804,上海∥第一作者,硕士研究生)

城市轨道交通系统负荷评价标准研究

杨长露 徐行方

(同济大学交通运输工程学院,201804,上海∥第一作者,硕士研究生)

我国城市轨道交通快速发展,对已投入运营的线路定期进行安全评价尤为重要。确定了系统负荷重要评价项指标(线路负荷和站台负荷)的计算参数取值。通过乘客上车后选座行为及状态的分析,以车辆内部的服务水平标准(即立席密度评价标准)为参考依据,分析得出线路负荷的评价标准。分析了站台乘客集结过程及分布规律,以站台乘客排队服务水平标准和地铁站台设计标准为依据,研究得出站台负荷的评价标准。最后，以上海轨道交通10号线某日早高峰小时客流为样本,计算出其系统负荷值,并进行了评价。

城市轨道交通; 线路负荷; 站台负荷; 评价标准

Author′s address College of Transportation Engineering,Tongji University,201804,Shanghai, China

近年来,我国城市轨道交通呈现了快速发展态势,随着各条轨道交通线路相继投入使用,其运营安全问题也日益突出,因此,对运营线路进行安全评价十分重要。而评价体系中系统负荷评价标准是十分关键的指标。

系统负荷包括线路负荷和车站设施负荷。文献[1]对线路负荷评价标准的论述较为简单模糊,对车站设施负荷评价缺少相应的评价标准。相关研究(如文献[2-7]等)多侧重于负荷的计算方法,而对于负荷值评价标准的研究较少。本文针对线路负荷及站台负荷评价标准进行研究,为运营安全评价、日常运营管理提供合理的系统负荷评价标准。

文献[2]提出了运营系统负荷的计算公式,以及线路和站台负荷的计算方法。运营系统负荷为高峰小时实际客流量与系统设计的最大能力之比,线路负荷和站台负荷的算式分别为:

(1)

式中:

P实际断——高峰小时实际断面客流量,人次/h;

n1——高峰小时断面列车通过能力，列/h;

m——列车编组辆数;

a车——列车车辆定员。

(2)

式中：

ρ站台——高峰小时站台负荷,侧式站台时上下行站台分别计算;

n2——高峰小时列车通过对数,侧式站台时为单向“列/h”,岛式站台时数值相同但单位含义为“对/h”，当上下行列对数不同时可取平均值进行计算；

P集散——高峰小时实际集散客流量,包括换乘客流(换入+换出)与本站客流(进站+出站)的总和；。

P设计——站台设计集散能力,P设计=S有效·p,其中,S有效为站台用于乘客候车的有效面积(不计楼梯、电梯、售货亭、书报亭、站台边缘非安全区域等占用面积,也可用站台总面积乘以有效系数求得)，p为设计平均单位面积人数。

1 系统负荷评价标准

线路负荷决定着列车服务水平,也反映了车辆满载程度。线路负荷越大,车内越拥挤,运能越紧张;反之,车内乘客少,人均面积大,舒适度就高。车站负荷亦是如此。因此,可利用服务水平的评价标准制定系统负荷的评价标准。

1.1 线路负荷

1.1.1 席别人数变化规律

按照国际通用标准,城市轨道交通车辆类型主要有A型车、B型车、C型车3种。其车体宽度分别为3 m、2.8 m及2.6m。车宽不同则定员不同。上海已运营的14条轨道交通线路中，有11条线路采用A型车。本文选取A型车作为分析对象。

根据文献[2]中车辆技术规格标准,A型车座席数为56人,定员数为310人,超员数为432人。定员数和超员数的计算方法为座席数与有效空余地板站立人数之和。人数计算要点如下:

(1) 有效空余地板面积站立人数,定员按6人/m2计,超员按9人/m2计。

(2) 有效空余地板面积,指客室地板总面积减去座椅垂向投影面积和投影面积前250 mm内高度不低于1 800 mm的面积。

(3) 每节车辆的有效空余地板面积约为42 m2。

乘客一般优先选择座席,无座席时选择站立。当车内人数增加到一定数量后,如座位不可调节，则座席乘客数不变,而立席乘客数随乘客数增加而不断增加。乘客增加过程的乘客数变化如图1所示。因此,车厢内拥挤程度只取决于立席乘客数和立席乘客密度。

图1 至超员数为432人时座席及立席乘客数变化

1.1.2 线路负荷评价标准

文献[3]参照国内经验以及日本、俄罗斯地铁车辆拥挤度标准,提出了车厢内立席密度评价标准和推荐标准(如表1所示)。

文献[3]指出,确定车内有效面积时,不仅减去了座椅面积还去除了座椅前宽为250 mm的面积。

表1 车厢内立席密度评价标准

当车内较拥挤时,座椅前的这部分面积会被立席乘客占用,使得实际的立席有效面积增加,从而导致计算得出的立席密度与实际密度有所偏差。

根据上述情况及表1可知,当立席密度大于定员标准6人/m2时已属相当拥挤状态,大于超员标准9人/m2时处于极其拥挤状态。本文将服务水平与列车负荷评价的关系总结如表2所示。

表2 车内服务水平与列车负荷评价的关系

需要指出的是,满载率与负荷是从不同角度反映列车利用程度。前者是从充分利用设备的角度,是越大越好的正指标,单位为%;后者是从减轻设备压力的角度,是越小越好的负指标。本文将实际人数等于定员数时的负荷定义为1.0。据此可推算各服务水平对应的列车负荷(见表3)。

表3 立席密度与列车负荷的关系

由于系统负荷通常是由高峰小时内的均值表达,因而小于高峰小时的瞬时高峰值。此外,高峰小时客流数据往往采集的是整点间(如8:00—9:00)客流数据,而对于不同区间(车站),其实际高峰时段并非在整点范围内(如7:45—8:45)。由于这些因素,线路断面高峰负荷往往小于相应列车瞬时负荷值。

文献[8]规定地铁超高峰小时系数应为1.1～1.4,文献[4]也验证了其取值范围的合理性。本文超高峰小时系数取中间值1.25进行计算,得到不同线路负荷值范围对应的运能利用紧张程度(如表4所示)。

表4 不同线路负荷值范围对应的运能利用紧张程度

1.2 站台负荷

与车站负荷相关的设施设备有出入口、闸机、楼梯(含自动扶梯)、通道及站台等。由于来自不同方向的客流都将汇集于站台,且站台扩能的可能性很小；因此,本文将车站站台作为分析对象。

1.2.1 站台客流集散规律

站台客流由候车上车乘客与到站下车乘客构成。候车客流分布根据其候车行为随时间推移划分为自由等候阶段、聚集等候阶段及准备上车阶段[5]。

(1) 自由等候(T1)阶段。一般为上一列车离开至本次列车到达前1 min左右的时间段。乘客等候站位相对稀松,乘客间距离较远,无高密度聚集区。

(2) 聚集等候(T2)阶段。一般在距列车到达前1 min左右开始至列车开门前15 s止。每个候车区形成两列队列,出现明显的聚集现象,乘客相互间距离减少,占用空间降低。

(3) 准备上车(T3)阶段。为从列车进入站台至列车停稳后打开车门和屏蔽门时的阶段。受到尽快上车占据位置心理的驱使,乘客开始进一步向列车车门靠拢,形成高密度的聚集。乘客间彼此距离达到最小。

假设：进入站台客流服从均匀分布;列车进站后,乘客遵守先下后上的原则;站台候车乘客全部上车不存在乘客滞留现象。则站台乘客数变化规律如图2所示。

图2 周期内站台乘客数量变化过程

列车到达前,站台人数不断增加。列车到达后,下车乘客先下车,站台人数达到最大值。随后,上车乘客迅速上车,而下车的乘客离开站台需要一定的时间。

1.2.2 站台负荷评价标准

我国公共交通候车区域的服务水平标准通常参照文献[6]中关于排队及等候区的服务水平,尚无针对城市轨道交通站台的服务水平标准。文献[7]根据《地铁设计规范》、《城市轨道交通设计规范》等国内设计规范中关于站台的设计标准,结合上海地铁调查数据,在文献[6]的基础上,确定了城市轨道交通车站站台空间服务水平指标(见表5)。本文将其作为服务水平指标的参照依据。

站台允许的人均占有面积应该以不发生危险及集体性恐慌为原则。现国家标准使用的人均占有面积设计指标为0.5 m2/人。文献[1]规定站台高峰小时集散量应小于站台设计的最大能力。综上所述,本文将站台负荷评价与其服务水平的关系总结如表6所示。

由于站台负荷是指高峰小时站台的平均负荷,而不是瞬时负荷;故其评价与线路负荷相似,取超高峰小时系数1.25。按照站台人均占有面积标准为0.5 m2/人推算,式(2)中站台设计集散人数中平均单位面积候车人数p的取值为2人/m2。以此计算出站台运能负荷评价标准如表7所示。

表5 站台服务水平标准

表6 站台负荷评价与服务水平的关系

表7 站台负荷评价标准

从运营实践看,城市轨道交通客流承载力的警戒线一般定在设计客流能力的60%～70%。当车站实际客流达到设计能力的60%～70%时，即应采取限流措施。可见,将站台负荷值大于0.67定为严重紧张级别是符合实际的。

2 案例分析

由于早高峰负荷普遍大于晚高峰,故本文选取上海轨道交通10号线龙溪路站—新江湾城站区段2015年7月21日早高峰客流数据为样本。线路断面负荷及站台运能负荷计算结果分别见表8及表9。

表8 上海轨道交通10号线各区间断面满载率及其评价

由表9可知,上海轨道交通10号线的老西门站及海伦路站运能较紧张,南京东路站运能紧张,其余各站运能均不紧张。

3 结语

由于城市轨道交通车站站台区域由墙体封闭围成,而墙体附近的站台空间一般利用率较低,因此，在计算有效面积时并没有考虑这方面的因素。此外站台乘客分布极不均匀,越靠近车门其乘客密度越大,远离车门的区域密度会很低,而站台负荷的计算结果为站台空间的平均值,故实际可能出现局部区域密度远大于平均值的情况,进而需要车站工作人员进行控制。

表9 上海轨道交通10号线各站台负荷

[1] 中华人民共和国建设部.地铁运营安全评价标准:GB/T 50438—2007[S].北京:中国建筑工业出版社,2008:16.

[2] 徐行方,李旭辉,蒲琪,等.上海轨道交通1号线运营负荷分析与评价[J].城市轨道交通研究,2014(10):42-46.

[3] 沈景炎.关于车辆定员与拥挤度的探析[J].都市快轨交通,2007(5):14-18.

[4] 何洁.城市轨道交通自动检票机配置数量的研究[J].铁道通信信号,2008(10):14-17.

[5] 冯真勇.城市轨道交通车站乘客在站行为研究[D].上海:同济大学交通运输工程学院,2009.

[6] 美国交通运输研究委员会.公共交通通行能力和服务质量手册(原著第二版)[M].杨晓光,滕靖,译.北京:中国建筑工业出版社,2010:398.

[7] 毕艳祥,蒋顺章.城市轨道交通车站站台空间服务水平指标体系探讨[J].城市轨道交通研究,2013(10):7-10.

[8] 中华人民共和国住房和城乡建设部.地铁设计规范:GB 50157—2013[S].北京:中国建筑工业出版社,2013:17,60.

[9] 许阳.城市轨道交通车站站台候车乘客分布规律研究[D].北京:北京交通大学,2015.

Evaluation Standards of System Load for Urban Rail Transit

YANG Changlu, XU Xingfang

In recent years, urban rail transit in China has experienced a rapid development,it is essential to undertake safety evaluation of the operating lines regularly. The calculation parameter value of important system load evaluation indexes: line load and platform load are determined. By analyzing the seat selection behavior of passengers on board and the standing density index, the line load is obtained. By analyzing the aggregation process and distribution law of passengers on the platform, and based on the queuing service level and metro platform design standards, the platform load is calculated. Finally, taking a regular early peak passenger flow of Shanghai metro Line 10 as an example, the system load of rail transit is calculated and evaluated.

urban rail transit; line load; platform load; evaluation standard

U 29-39

10.16037/j.1007-869x.2017.03.023

2015-11-02)